INTRODUCCIÓN
En diversas
operaciones unitarias, así como en los procesos de transporte, es necesario
efectuar cálculos que se basan en las propiedades de mezclas de vapor de agua y
aire. Para estos cálculos se requiere conocer la concentración del vapor del
agua en el aire en diversas condiciones de temperatura y presión, las
propiedades térmicas de estas mezclas y los cambios que se verifican cuando la
mezcla se pone en contacto con agua o con sólidos húmedos para secarla. La humidificación
implica la transferencia de agua de una fase líquida a una mezcla gaseosa de
aire y vapor de agua.
¿QUÉ ES LA HUMIFICACIÓN?
Humificación: Es cuando una corriente de aire se pone en contacto con una corriente de agua, se transfiere agua y energía calorífica de una corriente a otra modificándose las condiciones de humedad y temperatura. La humidificación de aire se consigue al poner en contacto el aire no saturado con agua, a una temperatura tal que el aire aumenta su contenido de humedad. El agua se enfría al tener que ceder calor para evaporar la porción de líquido que se incorpora al aire como vapor de agua. Este enfriamiento del agua es quizá la faceta industrialmente más importante de esta operación unitaria: el agua caliente procedente de la refrigeración de las unidades de una planta puede enfriarse si se pone en contacto con un gas (preferiblemente más frío) no saturado. El caudal de la corriente de agua se reduce en una cierta cantidad por la evaporación de una parte de esta.
La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interfase hay, simultáneamente, transferencia de calor y materia
- Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico.
- Parte del agua se evapora, enfriándose así la interfase.
- El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.
- A su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica.
Un sistema
de humidificación consta en añadir agua en el aire, ya que un grado de
humedad inadecuado puede causar mal funcionamiento y deterioro a equipo y
materiales, así como generar molestia a las personas.
Los estudios
realizados indican en general que las personas se sienten a gusto cuando la
humedad relativa se mantiene entre el 35 % y el 55 %. Cuando el aire está seco,
la humedad se evapora más deprisa de la piel y produce una sensación de frío
incluso con temperaturas de 24 grados o más.
Existen dos
procedimientos diferentes que se utilizan para aumentar el grado de humedad del
aire: la humidificación adiabática y la humidificación isotérmica.
La humidificación adiabática consiste en pulverizar el agua con aire comprimido en el aire sin aporte de energía térmica. El aire, que cede su calor durante la transformación del agua en vapor, reduce su temperatura.
En el caso de la humidificación isotérmica, el agua está llevada a ebullición para estar dispersada en el aire. Este procedimiento necesita energía, y como la masa de vapor es inferior a la del aire, la temperatura del aire queda estable.
FUNCIONES
DE UN HUMIDIFICADOR
ESQUEMA
CLASIFICACIÓN
DE LOS TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
Torres
de enfriamiento en Circulación natural
A: Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las boquillas aspersores. Se usan en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.
B:
Tiro natural: El flujo de aire necesario se
obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío
del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran
altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso tamaño de estas torres,
son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas.
TORRES
DE ENFRIAMIENTO DE TIRO MECÁNICO
El agua caliente que llega a la torre de enfriamiento puede distribuirse por boquillas aspersores o compartimientos que dejan pasar hacia abajo el flujo de agua a través de unos orificios. El aire usado para enfriar el agua caliente es extraído de la torre, en cualquiera de las dos formas siguientes:
1.Tiro Inducido: El aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas.
2. Tiro
forzado: El aire se fuerza por un ventilador
situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas
torres están sujetas particularmente a la recirculación del aire caliente y
húmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja
velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre.
TORRES
DE ENFRIAMIENTO DE FLUJO CRUZADO
El aire entra a
los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae. Las
corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por
el tope. Las torres de flujo cruzado requieren más aire y tienen un costo de
operación más bajo que las torres a contracorriente.
TIPOS DE HUMIDIFICADORES
APLICACIÓN
GENERAL
La principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de interés relacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento.
Humidificación para la industria de alimentos: El conocimiento de los procesos de humidificación y deshumidificación, así como sus cálculos implicados en ella, serán útiles en el diseño y análisis de diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. Así mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas aire – vapor de agua en el diseño de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos.
Humidificación para la industria automotriz. Se utilizan principalmente en las cabinas de pintura que requieren de una humedad relativa constante del 72 por ciento, para reducir la evaporación de la pintura, garantizando que ésta sea aprovechada al máximo y evitar que haya filtraciones de polvo.
Humidificación de salas blancas y laboratorios. Estos lugares requieren de un ambiente estéril para la producción, en donde la más mínima variación del nivel de humedad puede causar que los procesos se sequen con rapidez, se genere estática o errores en ciertas aplicaciones. Para lograr mantener la humedad en el rango adecuado se requieren dispositivos de humidificación especializados, para conservar las condiciones ambientales 24/7, a un costo operativo y consumo energético adecuados.
Humidificación para la producción de papel. Se controla la pérdida de humedad posterior al proceso secado. Un bajo nivel de humedad, menos del 50 por ciento, hace que el papel se encoja, se curve y pierda estabilidad en su forma. Para evitar esto, el nivel óptimo de humedad es de 55 por ciento.
Humidificación para la producción tabacalera. Es la principal industria que utiliza los humidificadores. El tabaco en hojas y cortado y el papel utilizado son extremadamente sensibles a los cambios de humedad. El aire seco hace que se degraden las propiedades del tabaco, se encoja, pierda peso, se quiebre y parta; lo que provoca de que se salga de los cigarrillos, que el papel de los cigarrillos sea alimentado incorrectamente en las máquinas y que las hojas de los cigarros se quiebren. Por lo que se requiere conservar los niveles de humedad durante los distintos procesos.
Humidificación para la industria de insumos médicos. La fabricación de insumos médicos se realiza en salas blancas, bajo las más estrictas exigencias de control ambiental. La humedad se controla en estos ambientes por muchas razones. Puede ser porque los materiales procesados son sensibles a la humedad y cualquier cambio en su contenido de humedad puede cambiar su composición. Asimismo, la humidificación se utiliza también como agente activador y para prevenir desequilibrios químicos.
Humidificación para la industria farmacéutica: Gran parte de los procesos en la industria farmacéutica requieren un estricto control de humedad. Entre ellos, los recubrimientos de los comprimidos con soluciones, la impresión con tintas con base acuosa, entre otros. El control ambiental debe ser 24/7, por lo que es importante que un sistema de humidificación esté diseñado especialmente para la aplicación.
En la industria,
los humidificadores son de gran importancia al igual que la materia prima,
puesto que sin ellos no se podría fabricar los productos debido a la intervención que
estos ofrecen dentro del proceso productivo.
También se utilizan en los hogares de muchas personas no para acondicionar el aire, sino para purificarlo.
Warren L. McCabe, Julia C. Smith y Peter Harriott (2007), Operaciones Unitarias en Ingeniería Química - Séptima Edición, Mc Gran Hill.
Blanco, R. M. (2015). Humidificacion. SlideShare. https://es.slideshare.net/Rainierm/humidificacion-59321756
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/yoanacastillo/materias/ope_4/equipos_humidificacion.pdf
H. (2021, 20 marzo). Qué son los humidificadores y cuáles son sus aplicaciones en la industria. Humidificadores. https://humidificadores.mx/noticias/que-son-los-humidificadores-y-cuales-son-sus-aplicaciones-en-la-industria/
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